Luận văn thạc sĩ Quy hoạch và quản lý tài nguyên nước: Nghiên cứu đánh giá trữ lượng khai thác nước dưới đất bằng phương pháp mô hình số

Ngoài ra trong vùng nghiên cứu còn có một số hệ thống kênh mương thủy lợi phục vụ sản xuất nông nghiệp và một số hồ dm, tuy nhiên các đối tượng này không có vai trò lớn đối với nguồn nướ

Trang 1

PHẠM HÒA BÌNH

NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ TRỮ LƯỢNG KHAI THÁC

NƯỚC DƯỚI ĐÁT BẰNG PHƯƠNG PHÁP MÔ HÌNH SÓ

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Hà Nội - 2013

Trang 2

NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ TRỮ LƯỢNG KHAI THÁC 'NƯỚC DƯỚI DAT BẰNG PHƯƠNG PHAP MÔ HÌNH SO

Chuyên ngành : Quy hoạch và quản lý tdi nguyên nước.

Mã số 108.606230.0002.

LUẬN VĂN THẠC SĨ

"Người hướng dẫn khoa học: GS.TS, DƯƠNG THANH LUQNG

Hà Nội ~2013

Trang 3

MỤC LUC

MO AU 6

1 Tinh cấp thiết của van đề nghiên cứu 6

2 Mục tiêu nghiên cứu 6

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 6

4 Nội dung nghiên cứu 6

5 Phương pháp nghiên cứu 7

“Chương | TONG QUAN VE VAN ĐỂ NGHIÊN CỨU 8

1.1 Điều kiện dia lý tự nhiên kinh té- xã hội khu vực nghiên cứa 8

1.1.1 Vị trí địa lý 81.1.2 Đặc điểm địa hình địa mạo 8

113 khí tượng, thủy van 9Lia giao thông, kinh tế "1.2 Đặc điểm địa chất thủy văn vàn rạng khai thác n_ ước dưới đấttrong khu vực : 12

1.2.1, Đặc điểm địa chất thủy văn : l2

2 Hiện trạng khai thác nước dưới đất 16

“Chương 2 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIA TRU LƯỢNG NƯỚC DƯỚI ĐẤT 9

2.1 Phương pháp pháp thủy động lực 192.11 Khái quát về phương pháp thủy động lực 192.1.2 Phương pháp giải tích : 212.1.3 Phương pháp mô hình 22.2 Phương pháp thuỷ lực _- 24

2.3.Phuong pháp cân bằng 27 2.4.Phuong pháp tương tự địa chất thuỷ văn 28

Chương 3 SỬ DỤNG PHAN MEM VISUALMODFLOW TÍNH TOÁN CÂN BANG

"NƯỚC VÀ DỰ BAO MỤC NƯỚC HẠ THẬP.

3.1 Giới thiệu Visual Modflow

3.1.1 Giới thiệu chung

3.1.2 Tinh năng của phần mém

3.2 Cơ sở lý thuyết ph ương pháp mô hình sé apd ụng cho Visual

Trang 4

3.2.3 Chỉnh lý mô hình, 373.24 Dự báo đánh gid tt lượng Khai thác 383.3 Xây dựng và chỉnh lý mô hình, 383.3.1 Mô hình khái niệm " 383.3.2.Xây dựng mô hình : : 404.3.3 Chỉnh lý mô hình 70

4.4, Kết qua dự báo cho khu vực Hà Nội 83

4.5 Kết quả dự báo cho vùng nghiên cứu : on 86

“Chương 4 BANH GIÁ, PHAN VUNG ĐỊNH HUONG KHAI THÁC , SỬ DỤNG BEN

'VỮNG TÀI NGUYÊN NƯỚC DƯỚI DAT KHU VỰC NGHIÊN CỨU, 9Ị

.4.1 Phân tích, tính toán cân bằng nước cho khu vực nghiên cứu đến nim2020.

4.2 Định hướng khai thác sử dung bền vững tài nguyên nước dưới

KET LUẬN VA KIÊN NGHỊ 96

ANH MỤC CÁC TÀI LIỆU THAM KHẢO %

Nghiên cứu Gin giá trờ lượng khai thắc nước đưới đất bằng phương pháp mô hình sẽ

Trang 5

Sơ đổ vị tr vàng nghiên cứu

Lượng mưa, bốc hơi trung bình tháng (2000-2009) tại trạm Láng.

So đồ rời rac hoá không gian trong mô hình

Ô luới ijk và 6 6 xung quanh,

Sơ đổ nguyên lý lặp khi giải hệ phương tinh

Lưới sai phân và giới hantrén mặt bằng mô hình nước dưới

Mặt cit theo hướng Bắc = Nam mô hình nước dưới đắt vùng Hà Nội

‘Mit cắt theo hướng Đông - Tây mô hình nước dưới đắt vùng Hà Nội

Sơ đổ đẳng cao độ đây lớp Ï

Sơ đổ đẳng cao độ day lớp 2

Sơ đổ ding cao độ đây lớp 3

Sơ đồ đẳng cao độ day lớp 4

Sơ đồ đẳng cao độ đây lớp 5

Sơ đổ đẳng cao độ day lớp 6

Sơ đồ phân vùng hệsố thắm ting gh

So đỗ phân vùng hệ số thắm ting qp;

‘So đỗ phân vùng hệ số thảm tang qp:.

Sơ đồ điều ki biên ting chứa nước gh

Sơ để điều kiện biên ting chữa nước gp

Sơ di điều kiện biên ting chứa nước gp

Sơ đổ các giếng khai thác mô phỏng trên mô hình

Ging khai thác được mô phỏng trên mô hình.

Lễ khoan quan trắc mô phòng trên mô hình,

Sơ đồ vị trí các lỗ khoan quan tắc trên mô hình

Bản đồ ding cao độ mực nước bạn đầu ting gh (1/2000)

37 41

4

48

“0 ) 50

50

31 sẽ 38

56

sỹ

61 63

ø

68 69

Nghiên cứu đẳnh giá trờ lượng khai thắc nước đưới đất bing phương pháp mô hình sẽ

Trang 6

“Hình 26 Bản đồ đẳng cao độ mực nước ban đầu ting gp> và qp; (1/2000)

Hình 27 Cao độ mực nước ting qpakhi giải bài toán ngược én định

“Hình 28 Cao độ mục nước ting qpkhi giải bài toán ngược ôn định

inh 29 Đồ tị đỉnh gi si sổ giữa cao độ mực nước t

giải bù toán ngược Gn nh.

Hình 31, Cao độ mye nước tính toán trên mô hinting gh thời điểm 12/2008

"Hình 32 Cao độ mye nước tính toán trên mô hìnhtẳng qp› thời điểm 12/2004.

Hình 33, Cao độ mục nước tính toán trên mô hìnhtẳng gp, thời điểm 12/2004.

Hình 34 Đỗ thị so sánhmự nước tính toán và quan tắc tạ lỗ khoan P33A

Hình 35, Đồ tị so sánhmực nước tính toán và quan te tạ lỗ khoan P79A

Tình 36, DỒ tị so sính mye nước tinh toán và quan trắc tạ lỗ khoan P72A

Hình 37, Đồ thị so sánh mực nước toán và quan trắc tại lỗ khoan PSSA

Tình 38, ĐỒ thị so sánh mực nước tính toán và quan tốc tạ lỗ khoan PAA

Hình 39 Cao độ mục nước mục nước dự báosau 20 namting ch

Tình 40 Cao độmục nước dự báo sau 20 năm ằng aps

Hình #1 Cao độ mục nước dự báo sau 20 nmlằng gps

"Hình 42 Sơ đỗ cao độ mực nước dự báo ti bãi giếng tang qp; sau 20 năm,

14

75

6 kì 1

»

sọ 1 82 ss

Trang 7

MỤC LỤC HÌNH

Bảng 1 Thông ké lượng mưa, bốc ho tạ trạm Láng ~HỊ

Báng2 “Thống ké chu dày các ng chứa nước vùng Ba La ~ Hà Đông

10

B

Bảng 3 Bảng tổng hợp vi tí, tọa độ các giếng khai thác nude trong vùng ảnh hưởng của

công tình khai ti

Bang 4 Dặc rừng lượng mưa và bốc hơi trạm Hà Đông

Bảng 5 Bảng thông kê chiều dày các lớp tạ lỗ khoan khu vực Hà Nội

xố BCTV khu vực Hà Nội

Bảng 6 Bảng tổng hop thông

Bảng7 Tổng hợp lượng mưa theo tháng tại trạm Láng ~ Hà Nội (mm).

Bang 8 Tổng hợp lượng bốc hơi theo tháng tại trạm Láng ~ Hà Nội (mm).

Bảng 9 Hiện trang kha thác tp trung quy mô lớn khu vực phía Nam Hà Nội

Bảng 10, Các lỗ khoan quan trắc được sử dung để chín lý mô hình

‘Bing 11 Bảng phân chia chiễu sâu các

Bang 12 Kết quả tính toán cân bằng nước khu vực nghiên cúusau 20 năm khái thác

„

4o

“ mĩ

%6

7 _

6 88 2

Bing 13 Tiêu chí áp dụng khoanh định vùng cắm, vùng hạn chế và vùng dược phép khai

thác đối với nước dưới dit khu vục Hà Đông 983

Trang 8

MỞ DAU

1 Tính cấp thiết của vin đề nghiên cứu.

“Thủ đô Hà Nội là trung tâm văn hoá, chính trị và kinh tế lớn nhất cả nước.

dang có tốc độ phát triển mạnh mẽ về công nghiệp, du lich và dich vụ tao đã cho

bước phát triển vượt bậc về nhiều mặt, đồng thời din khẳng định vị thé chính trịtrong trường q mg với sự phát trién thì nhu cầu về nguồn nước nại một gia tăng

Hà Nội có tai nguyên nước ngầm và nước mặt khá phong phú, tuy nhiên

việc khai thác nước ngâm chưa được quy hoạch hợp lý như hiện nay đã gây ra

hạ thấp mực nước lớn và suy giảm trữ lượng và chất lượng, làm ảnh hưởng đếnmôi trường (6 nhiễm, sụt lún dat)

Hiện nay, nguồn nước sử dụng cho ăn dịch vụ ở.

thành phố Hà Nội được lấy chủ yếu từ nguồn nước đưới đất, Tài liệu quan trắc

động thái nước dưới dat tai khu vực Hà Nội cho thấy mục nước dưới đất liên tục

bị hạ thấp trong khi tổng lượng nước khai thác mới chỉ chiếm phần nhỏ trong

tổng trữ lượng có thé khai thác của khu vực Điều đó chứng tỏ mạng lưới khaithác nước ở Hà Nội hiện nay là chưa hoàn toàn hợp lý Chính vì vậy việc đánh

xây dựng lại quy hoạch khai thác nước khu vực Hà Nội là công vi

Chính vì những van đẻ nêu trên, dé tài "Nghiên cứu đánh giá trữ lượng

khai thác nước dưới đắt bằng phương pháp mô hình số” có tính cáp thiết vàđược chon làm dé tài luận văn tốt nghiệp của bọc viên dé chuẩn bị hoàn thànhchương trình dao tạo thạc sĩ kỹ thuật chuyên ngành Kỹ thuật tải nguyên nước

2 Mục tiêu nghiên cứu

~ Nghiên cứu các phương pháp đánh giá trữ lượng nước dưới đất.

- Đánh giá trữ lượng có thé khai thác bén vững thi nguyên nước dưới đất tại

khu vực nghiên cứu

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đổi tượng nghiên cứu là đặc điểm đị chất thủy văn iên quan đến các công

trình cấp nước tập trung, khai thác đơn lẻ, nhu câu đùng nước cho sinh hoạt, sản

Pham vi nghiên cứu là các cơ sở khoa học đổi với việc tính toán dự báo trữlượng có thé khai thác bền vữn g tài nguyên nước dưới đất tại khu vực nghiên

cứu, phương pháp xử lý và vận dụng các phan mềm phục vụ cho công việc.

4, Nội dung nghiên cứu

- Tìm hiểu các phương pháp đánh giá trữ lượng có thể khai thác bền vững

Trang 9

tải nguyên nước dưới đất.

- Nghiên cứu ứng dụng mô hình toán trong việc tính toán đánh giá trữlượng nước dưới đi

- Đề xuất phương pháp đánh giá trữ lượng có thé khai thác phù hợp va biện

pháp quản lý bên vững tải nguyên nước dưới đất khu vực nghiên cứu

5 Phương pháp nghiên cứu

Sử dụng phương pháp thu thập tài liệu để có các thông tin liên quan về đặc.

địa chất thủy van ; các công trình cấp nước t ập trung, khai thác đơn lẻ; hệ

ig quan trắc mực nước, chất lượng nước ; nhu cầu dùng nước cho sinhhoạt, sản xuất, phòng cháy chữa cháy thời điểm hiện tại va cho tương lai

Sử dụng công cụ phần mềm hiện đại dé lập mô hình số tính toán cân b ang

nước, xác định các thành phần tham gia hình thành tr ữ lượng khai thác nướcđưới đất, Từ đó đánh giá trữ lượng nước có thể khai thác tai khu vực nghiên cứu

và đề xuất phương pháp quan lý bên vững tài nguyên nước dưới dat Trong luận

văn chủ yêu sử dung các phần mềm Visual Modflow 4.2, Mapinfor 10.0.

Trang 10

Chương 1 .

TONG QUAN VE VAN DE NGHIEN COU 1.1, Điều kiện địa lý tự nhiên kinh tế - xã hội khu vực nghiên cứu

1.1.1 Vị trí địa lý

Khu vực nghiên cứu thuộc địa phận quận Hà Đông, thành phố Hà Nội, nằm.

bên bờ phải sông Nhuệ, dọc đường quốc lộ số 6 Hà Nội - Hoà Bình, cách trung

tâm thủ đô Ha Nội 12 km (xem hình 1.1) về phía Tây và được giới hạn bởi toa

độ (hệ toa độ VN2000, múi chiếu 30, kinh tuy

- Tọa độ X từ 571.766 đến 584.268

- Tọa độ Y từ 2.313.439 đến 2.323.307

Hình 1 Sơ đổi tr vùng nghiên cứu1.1.2 Đặc điểm địa hình địa mạo

Ving nghiên cứu có đặc điểm chung của vùng đồng bằng tích tụ thuộc

châu thổ sông Hồng với địa hình khá bing phing, có độ đốc nhỏ 3-4”, độ cao

thường từ 5-7m Riêng phía tây và tây nam có địa hình cao hơn, có đỉnh đồi caotới 63,8m Dat đá cầu thành nên địa hình chủ yêu là sét, sét bột, cát pha và đôi

chỗ là cát mịn (dọc ven sông) Day là diện tích chủ yếu cấy lúa nước và trong

‘go khoai dọc theo sông Day sông Nhu

„ Về đặc điểm địa mạo, theo báo cáo “Diéu tra địa chất đô thị Hà Đông” cho.

thấy vùng nghiên cứu chỉ thuộc 1 đơn vị địa mạo là dang đồng bằng tích tụ châu

thổ sông Hồng và được phân chia thành các phụ vùng như sau:

“Nghiên cửa Gin gid trừ lượng khai thác nước đuổi đất bing phương phap mô hình số

Trang 11

+ Phụ ving đông bằng tích tụ trong dé: Là toàn bộ phần diện tích trong déđược giới han bởi hệ thống dé Sông Day có chiều dai tới 128 km Sự xuất hiệncác để này không chỉ ngăn lũ trăn vào đồng bằng mà còn làm cho bé mặt đồngbằng không được bồi tụ hàng năm, tao ra sự khác biệt trong dé, ngoài dé Phanđồng bằng trong dé chiếm hon 2/3 diện tích ở phía đông ving nghiên cứu,gồmđồng bằng thấp không được bồi tụ

+ Phụ vùng tích tụ ngoài đê: Nằm kẹp giữa hai

Diy Khi chưa có đập Vân Cóc va đập Phùng, thì hàng năm nước sông Day

dang cao, vẫn xây ra tích tụ ven lòng do thể mà bề mặt địa hình ngoài dé thườngcao hơn bề mặt trong dé có nơi tới 3 + 4m

lẻ chống lũ Tả Day và Hữu

+ Phụ vùng các đồi sót: Chiém diện tích nhỏ ở góc tây nam vùng nghiêncứu Nơi đây xuất hiện các đồi sót bóc mòn hoặc núi sót Karst nỏi trên đồngbằng tích tụ Hau hết các đồi, núi sót có quy mô không lớn (thường dưới 50-70ha) và có độ cao không quá 100m

1.1.3 Đặc điểm khí tượng, thủy văn

& Đặc điểm khí hậu, khí tượng

Ving Hà Đông thuộc khí hậu nhiệt đới gió mùa được chia làm 2 mùa rõ

xôt: mũa mưa nóng âm từ tháng 5 đến tháng 10 và mùa hanh khô từ tháng 11

năm trước đến tháng 4 năm sau Theo liệt số liệu khí tượng Láng từ năm 1961

én 2009 cho thấy các đặc trưng khí hậu trong vùng nghiên cứu như sau:

+ Nhiệt độ không khí cao nhất là 38,8°C và thắp nhất 7,1, trung bình nhỉnăm 23,5 °C

+ Độ ẩm cao nhất là 91%, thấp nhất là 28% và trung bình nhiều năm là

85.54%

+ Lượng bốc hoi nhỏ nhất 828,2 mm/ndm (1995), cao nhất 1126.7 mm/năm.

(1987), trung bình nhiều năm là 971,9 mm/năm

+ Lượng mưa hàng năm nhỏ nhất 103,1 mmnăm (1988), lớn nhất 2536

mm/năm (1994), trung bình nhiều năm 1667,1 mm/năm,

1a hè chủ yếu là gió Đông Nam với vận tốc lớn nhất là 20 mvs Mùa đông

u là gió Đông Bắc

Kết qua đo lượng mưa và bốc hơi theo tháng tại tram Láng từ năm 200 đến

3/2009 được trình bày trong bảng I và hình 2 dưới đây

bú

chủ

ặc diém thủy văn

Ving nghiên cứu có 2 sông lớn chảy qua là sông Nhuệ và sông Day Ngoài

ra trong vùng nghiên cứu còn có một số hệ thống kênh mương thủy lợi phục vụ

sản xuất nông nghiệp và một số hồ dm, tuy nhiên các đối tượng này không có

vai trò lớn đối với nguồn nước dưới a

Trang 12

Bảng 1 Thống kế lượng mưa, bốc hơi ta ram Láng - Hà Nội

oo F

Fi

Hình 2 Lượng mưa, bốc hơi trung bình tháng (2000-2009) ti tram Láng

Trang 13

- Sông Nhué: Được bắt nguồn từ cống Thụy Phương là một nhánh của sông

Hồng, phần chảy qua vùng nghiên cứu dài 10-1 km Chiều rộng trung bình 20m, nhỏ nhất là 13m, lớn nhất là 34m (cầu Hà Đông) Chiều day lớp nước sông,trung bình 1,5-2m, lớn nhất là 3 46m (cầu Ha Đông) Lưu lượng dòng chảy mùa

15-khô từ 4,088-17,442 mỶ/s Tại cầu Hà Đông lớp bùn có thành phan bột thô 30%,

xét 33% và có chiêu dày lớp bùn là 087m Nước sông Nhuệ nhạt có kiểu

bicarbonat ~ calci và không thay đối theo mùa

“Theo số liệu điều tra của Báo cáo Địa chất đô thị Hà Đông năm 1993, nu

sông Nhuệ chứa hàm lượng NO; = 0,007 mg/l, NO; = 0,252 mg/l, NH.”

0,072 mg/l, PO; * = 0,46 mg/l, ZFe = 2,95 mg/l Đến nay, nồng độ của các chinhiễm ban trong nước sông đã tăng lên rắt nhiều lần do phải tiếp nhận các nguénnước thải hầu hết không được xử lý VỀ phương diện vi sinh nước sông Nhuệ

nhiễm bản nặng, hàm coliform rit lớn > 24.000 con/100 ml.

~ Sông Day: La chỉ lưu của sông Hồng bắt nguồn từ huyện Phúc Thọ chảy:

ven phía Tây với chiều đài chảy qua vùng nghiên cứu khoảng 10km Chieu sâu

trung bình của sông 0,6 - 0,8m, rộng nhất là 13m ila khô, sông Day không

có dong chảy, lớp bùn day sông chủ yếu là cát, tại cầu Mai Lĩnh lớp bùn day0,2m trong đó thành phần cát chiếm 47%, sét là 23% Nước nhạt có kiểubicarbonat - calci

Cũng theo số liệu điều tra của “Báo cáo Địa chất đô thị Hà Đông” năm.

1993, ham lượng các chất ô nhiễm trong nước sông Day là NO = 0,60 mg/l

NO, = 0,95 mg/l, PO,” = 0.46 mg/l, NH,” = 0,058 mg/l, Fe = 2,15 mg/l Hiện

tại chất lượng nước sông Đáy cũng có dấu hiệu bị gia tăng him lượng nhiễm ban

mà nguyên nhân chủ yêu do việc xả nước thai chưa qua xử lý vào nước sông

1.1.4 Đặc điểm giao thông, kinh tế - xã hội

4 Giao thông vận tải

Vang nghiên cứu khá thuận lợi về giao thông, ngoài các trục giao thông chính như đường quốc lộ 6 Hà Nội - Hoà Bình chạy qua liên kết với các đường Láng - Hòa Lạc, 430 Hà Đông - Văn Điển, Hà Đông - Vân Đình, Ha Đông -

5, Kinh t8- xã hội

Thành phố Hà Đông của tỉnh Ha Tay cũ (nay là quận Hà Đông của thành

phố Hà Nội) là trung tâm kinh tế có tốc độ phát triển và đô thị hóa khá nhanh

trong thành phổ Hà Nội Tại đây có hàng trăm xí nghiệp, kho tàng của Trungương và địa phương, rit nhiễu các cơ sở (hủ công nghiệp, tập trung vào nhữngngành đệt, da, may, nhuộm vốn có từ lâu đời và phát trién mạnh Tại vùng

Trang 14

nghiên cứu hiện nay đang được xây dựng hàng loạt các khu đô thị như Văn Phú,Van Quán, Park City, An Hưng và xa hon nữa là khu đô thị Dương Nội.

Công nghiệp chủ yếu là công nghiệp cơ khí phục vụ cho nông nghiệp, giao

thông, thuỷ lợi Các ngành công nghiệp và thủ công nghiệp đang ngày cảng tiến

tới việc sản xuất sạch nhằm đảm bảo vệ sinh môi trường, xử lý nước thải trước

khi thải ra môi trường.

đất dai đô thị là 33.3 km,

“Tổng diện

2010: 240.000 người; đến 2020 sẽ là khoảng 330.000 người

1.2 Đặc điểm địa chất thủy văn và hiện trạng khai thác nước dưới dit

nước, độ giàu nước các đặc điểm thuỷ động lực, động thai nước dưới

phân ra các phân vị dia chất thủy văn theo quan điểm “Dang tên tại cí

đưới dit”

1.2.1 Đặc điểm địa chất thủy văn.

1 Các tằng chứa nước

a) Tang chứa nước lỗ hồng không áp Holocen (qh)

‘Ting có diện phân bố khá rộng rãi trên toàn khu vực, chỉ xuất lộ t

mặt ở ven sông Day, sông Nhuệ còn da phan bị phủ bởi lớp sét trên Thành pt

thạch học gồm cát các loại, cát pha đổi chỗ có lẫn sạn sỏi tướng lòng sông ở đáy.

tầng Chiều sâu phân bố t n 22,7m (LK VMEP), từ 2 đến 26m

(đại xã Kiến Hưng) và từ 9 đến 2§m (tại xã Đông Lim) với thành phần chủ yết

là cất mịn đến vừa màu xám, xám vàng có độ chọn lọc khá tốt Tai các lỗ khoan nghiên cứu tại khu vực bãi giếng Ba La — Hà Đông ting chứa nước Holocen có

chiều day trung bình khoảng 11,2m (bảng 4.1) Thành phan dat đá tại vùng

nghiên cứu chủ yếu là cát, cát pha sét

Nước dưới đất trong ting chủ yếu là nước không áp (a= 4 10° m’/ng) cá biệt có nơi áp yêu a= 5.10' m’/ng Chiều sâu mực nước trong trang thái tự nhiên

từ 0,85 - 3,15 m Trong ving động thái bị phá hủy do khai thác nước ting chứanước Pleistocen bên dưới mãnh ligt, vị trí mực nước tĩnh nằm sâu thêm 6,15m

Dat đá có tính thấm từ trung bình đến cao, độ dẫn nước Km = 206 - 716 m’/ng.

Lưu lượng lỗ khoan hút thí nghiệm Q = 2,08 - 4,76 Us, tỷ lưu lượng lỗ khoan q =

0,96 - 4,62 I/sm Tầng qh thuộc loại giàu nước trung bình đến giàu.

Nước tàng trữ và lưu thông trong tng là nước nhạt (có tông khoáng hoá tirNghiên cứu Gin giá trờ lượng khai thắc nước đưới đất bằng phương pháp mô hình sẽ

Trang 15

0,124 đến 0,703 g/), chủ yếu là kiểu bicarbonat J

7.5 Kết quả phân tích sắt chuyên môn cho thấy ham lượng sit từ 0.42 đ

mụ/1 đều vượt chỉ tiêu cho phép nước dùng cho ăn uống sinh hoạt tit cả các

giếng đầu bị nhiễm bin NOx, hàm NO; từ 0,08 đến 7.73 mg/l, đa phần vượt

quá giới hạn cho phép Riêng him lượng NH,*, PO,” đều nhỏ dưới giới hạn

ước dùng cho ăn uéng, sinh hoạt

Đây là ting lộ ngay trên mặt hoặc bị phủ bởi lớp sét mỏng, có liên quan

với nước mặt, nước mưa Tang được cấu thành bởi cát có tính thám nén rất dé bị nhiễm bản hoá học do nước thải sinh hoạt, nước thai công

nghiệp, phân bón, thuốc trữ sâu trong nông nghiệp

1 có quan hệ thuỷ lực khá chặt chẽ với nước mặt và các ting bên.

cưới động thái của nước phụ thuộc theo mùa với biên độ càng gan sông cànglớn

Nguồn cụ cho nước dưới đất chủ yếu là nước mưa, nước mặt, nướctưới ruộng, nguồn thoát ra sông hồ, dòng mặt, bay hơi và ngắm xuống cung cấpcho các tang bên dưới hoặc do dân sử dung trong ăn wong sinh hoạt

b) Tang chứa nước lỗ hồng có áp Pleistocen (4p)

_ Tầng chứa nước lỗ hồng có áp Pleistocen chia thành 2 lớp: lớp trên (qp")

gồm cát các loại, lớp dưới gồm các tram tích cuội, sỏi sạn cát (qp').

~ Lớp trên (qp?)

Lớp có diện phân bố hau khắp vùng, thành phan thạch học chủ yếu là cát,

át pha đôi noi có lẫn san söi tướng lòng sông Chiều sâu thể năm nóc lớp 1đổi từ 10 đến 43m Chiêu sâu thé nằm đáy lớp là 29,7 đến 50m Lớp có chiềuday thay đôi từ 4 đến 23,5, trung bình 11,67m Tại vùng Ba La ~ Hà Đông, 16

chứa nước qp; có chiều day biến đổi 2,5 - 11m, trung bình 8,1m, thành phan dat

đá chủ yêu là cát hat thô có lẫn sạn sỏi nhỉ Giữa lớp chứa nước qp; và lớp chứa

nước qp hầu như không có lớp sét thắm nước yếu ngăn cách (xem bảng 2)

Bảng 2 Thông kề chiều diy các ting chứa nước vùng Ba La ~ Hà Đông,

Trang 16

Chiều sâu thế nằm mực nước trong trạng thái tự nhiên thay đôi từ 2,57 đến.

3.7m, do ảnh hưởng khai thác nước dưới đất lớp qp; bên dưới đã hình thành

phẫu hạ thấp mực nước trong lớp qp; làm cho chiều sâu mực nước của lớp cũng,

su thêm 6,đầm

Động thái mực nước thay đổi theo mùa, biên độ dao động mực nước hàngnăm từ 0,5 - 2,57m Lớp này tương đối giảu nước, các lỗ khoan có tỉ lưu lượng q

= 0.47 - 5.80 l/sm, dat đá có tính thấm trung bình, độ dẫn nước Km = 112 - 370

ming Hệ số thẩm thay đổi từ K =4,6 - 35,2 m/ng,

Nước tầng trữ và lưu (hông trong lớp là nước nhạt, mễm đến cứng vừa

kiểu bicarbonat calci - magne

Lớp có quan hệ thuy lực khá chặt chẽ với các tầng chứa nước kể liền.

Nguồn cung cấp chủ yếu là nước mưa, nước mặt, nước ting trên và nguồnthoát ra sông ho, ngắm xuống ting dưới

- Lớp dưới(qp)

Lớp phân bố trên toàn diện tích vùng, là lớp chứa nước sản phẩm có ý nghĩa cùng cấp nước cho dân cư đô thị Lớp có chiều dày thay đổi từ 9,5 đến

39m Thành phan đất đá gồm cát, cuội, sỏi tướng lòng sông Chiều sâu thé nằm

nóc lớp thay đôi 33,5 + 56m Chiều sâu thé nằm đáy lớp thường sâu trên 60 đến

84m, Tại khu vực bãi giếng Ba La - Hà Đông lớp chứa nước qp; có chiều dày

khá én định trong khoảng 25 + 26m Thành phần đất đá chủ yêu là cudi thạch

anh lẫn san và cát

Chiều sâu thé nằm mực nước trong trạng thái tự nhiên thay đổi 0,66 - 6,

Riêng khu vực thị xã Ha Đông - Hạ Đình do khai thác nước nên chiều sâu thé

năm mực nước tụt sâu tới -10,32m Lưu lượng lỗ khoan Q = 9,60 + 41,17 Us Ty lưu lượng thay đổi q 9 em, Lớp thuộc loại rất gidu nước Độ dẫn nước thay đổi từ 800 đi a= 3x10! mứng, Theo kết

cquả thí nghiệm tại các giếng nghiên cứu - khai thác vùng Ba La - Hà Đông, lưu

lượng giếng khoan khá lớn Q = 30,2 ,Š Vs ứng với hạ thấp mực nước 2,51 —

3,03 m, tỷ lưu lượng q = 10,88 ~ 13,36 Lam Lớp chứa nước thuộc loại ratnước

Nude tàng trữ và vận động trong lớp là nước nhạt (khoáng hoá từ 0,225đến 0,503 g/l) nước mềm đến cứng vừa (tông độ cứng từ 2,092 đến 4.388mg/l), pH dao động từ 6 đến 8 Ham lượng các đại nguyên tổ đều nằm trong

phạm vi cho phép Nước trong lớp hoàn toàn không gim mòn, hệ số gặm mòn Kx + 0,0503 Ca < 0 Nước từ không sii bọt đến sii bọt, hệ số sii bọt tir 27,02 đến 274.01.

Ham lượng vi nguyên tổ lớp qp, đa phần nằm trong giới hạn cho phép

nước dùng cho ăn uéng, sinh hoạt trừ hàm Mn một số nơi cao hơn giới hạn cho

phép Nước trong lớp gp; có ham lượng sắt rất cao, cần phải xử lí Nước cóthành phan chủ yêu là bicarbonat — calci Nước nhạt, mém đến cứng vừa

Trang 17

Nguồn cung cấp chủ yếu cho lớp là nước mưa, nước tưới, nước sông, hỗ

nước các tang trên ngắm xuống, thoát chủ yếu bằng thấm xuyên và khai thácnước phục vụ dân sinh, một phần thoát ra sông và bay hơi

©) Cúc ting chứu mước khe mút

‘Theo kết quả nghiên cứu DCTV khu vực đã tiến hành cho thấy trong vùng,

nghiên cứu tổn tại các tng chứa nước khe nứt sau đây:

« Ting chứa nước khe nút lỗ hồng tro trằm tích Neogen (mạ)

‘Trim tích Neogen phân bổ rộng rãi trên toàn vùng, bị phú hoàn toàn bởi các tram tích trẻ hơn Thành phan đất đá gồm cuội sạn, cát kết xen bột kết, sét

có tính phân nhịp, mức độ gắn ki Chiều sâu thé nằm nóc ting từ 63lên 90m Các lỗ khoan trong vùng Hà Nội có lưu lượng 0,4 đến 1,42 Vs, tỷ lưu.lượng < 0,05 lism khẳng định ting chứa nước thuộc loại nghèo đến giảu nướctrung bình Nước tầng trữ và vận động trong ting đa phan là nước nhạt, mềmkiêu bicarbonat calci - nate

Riêng khu vực Tây Mỗ phát hiện được một chom nước lợ khoảng 4 km’,

tổng khoáng hoá tir 1,115 đến 2,23 g/l, hàm CF từ 430 đến 1301 mg/l Nước có

kiểu clorur bicarbonat - nai Nguồn gốc hình thành nước Ig ở đây có liên quan

đứt gãy sâu Chiều sâu thé nằm mực nước dao động từ 3,5 đến 6m Ng

cung cấp cho tầng là nước mưa, nước tng trên ngắm xuống, nguồn thoát rasông hỗ hoặc cung cấp cho ting qp,

‘* Tầng chứa nước khe nứt, khe nứt karst trong đá vôi hệ ting Đồng Giao(tsađg)

‘Tang phân bồ 6 ria phía tây vùng Hà Đông, lộ ra duy nhất ở vùng núi Trầm với diện tích 0.3 km’ còn lại bị phủ bởi trim tích trẻ hơn Thành phần là đá vôi

mau xám xanh, xám trắng cấu tạo khối, trong đá vôi phát triển nhiều khe nứt,

Chiều sâu thé nằm nóc tầng từ 3 đến 69,3m, day ting từ $3 đến 130m

“Chiều dày tang khoảng 250m Chiều sâu phát trién hang hốc đến 81-82 m Tầng

khá phong phú nước, lưu lượng từ 0,74 đến 15,15 Vs Tỷ lưu lượng từ 0,23 đến

xâu mực nước từ 0,72 đến 3,80m Nước nhạt kiêu bicarbonat

Nước ting t;ađg có quan hệ trực tiếp tới nước tầng gp, khi hút nước lỗ

khoan 162a (tyadg) thi mực nước lỗ khoan 162 (Q) hạ tháp 0,25m Nước dướiđất ting t;adg được cung cấp bởi nước mưa, nước mặt, nước thắm xuyên từ ngtrên và thoát ra mạng xâm thực địa phương

«© Tầng chứa nước khe nứt trong trim tích phun trào hệ ting Viên Nam

Trang 18

chưa có công trình nghiên cứu nhưng theo tải liệu 02 lỗ khoan hút nước của Hi

Binh cho lưu lượng Q = 4,77 - 8,53 Vs Chiều sâu thế nằm mực nước từ 1 đế:4,21m Nước có chất lượng khá tốt Nước nhạt có kiểu bicarbonat calci - magne

Nguồn cung cắp là nước mưa, nước mặt, nguồn thoát do bay hơi và mạng

xâm thực địa phương

2 Các lớp thắm nước yếu, cách nước.

a) Lớp cách nước trong tram tích Holocen (aQ;"tb, aQ;'°hh)

Thành phần gồm sết, sét bột nâu hồng, đôi nơi có màu xám, xám den, Phân

bổ rộng khắp trong vùng, chỉ vắng mat ở ria ha lưu sông Day Tầng có chiêu dày

ù 2 đến 28,5m, trung bình 9,35m Tại vùng Ba La - Hà Đông, lớp thắm nướctrong Holocen có chiéu day biến đổi 5 + 20m, trung bình khoảng32m Thành phần dit di chỉ ye là sắt, set pha mu xâm vàng,

Nhìn chung lớp cách nước trong trim tích Holocen có tính thắm rất nhỏ.

“Theo tài liệu dé nước thí nghiệm tại 16 hỗ đảo (De án Điều tra địa chất đô thị Hà Đông) cho kết quả hệ số thắm K = 0,0054 - 0,096 nưng, trung bình 0,049m/ng, này chứng tỏ đất đá của tầng có tính thắm nước rất yếu có thể xếp vào loại

nước

b) Lớp thắm nước yếu trong Pleistocen thượng (aQ/'vp)

Trên lát cắt lớp thắm nước yếu nằm dưới tang chứa nước gh và nằm trên lớp qp Dit đá cầu thành ting gồm sét, sét pha có mau loang 16, có nơi là sét, sét

pha, bột sét, sét bùn lẫn tàn tích thực vật mau đen, x

ải trên bản đồ hầu

trung bình 7,87m, Kết quả nghiên cứu tại Ba La ~ Hà Đông cho thấy lớp thắmnước yếu này có chiều dày biến đổi 8 ~ 14.5m, trung bình 12,7m Thành ptđất đá chủ yêu là sét pha cát màu xám xanh, xám vàng

Lớp thắm nước yếu trong trim tích Pleistocen thượng có tính thấm nhỏ.

Qua thí nghiệm d6 nước nhanh trong lỗ khoan tai 12

chất đô thị Hà Đông) cho thay dat thuộc loại có tính th , hệ số thấm K

trung bình khoảng 0,023 mvng và được xếp vào lớp thắm nước yếu

¢) Lop thắm nước yếu trim tích Pleistocen trung ~ thượng (a0)

im dưới lớp chứa nước qp” và trên lớp gp’, phan

bố không liên tục tạo thành các thấu kính, có chiều đây thay đổi từ 0,5 đến10,1m, trừng bình 5,54m Tại vùng Ba La ~ Hà Đông lớp thâm nước yêu này

vắng mặt hoàn toàn Kết quả hút nước 02 lỗ khoan khu vực Hà Nội trong ting

cho kết quả lưu lượng Q = 0.002 - 0,062 Us và được xép vào lớp thắm nước yêu.1.2.2 Hiện trạng khai

h Nội là nơi có mật độ và tổng lượng khai thác nước dưới đ

lớn nhất thuộc đồng bằng Bắc Bộ Riêng khu vực phía Nam Hà Nội có 11 nhà máy khai thác nước lớn và 5 trạm cắp nước trung bình với quy mô từ 6.300 ~

tác nước dưới đất

Trang 19

10.000 mỲ/ngày đêm Tổng lượng khai thác nước đưới dat quy mô lớn vùng phi

Nam Hà Nội khoảng 591.900 mÌ/ngày đêm Ngoài ra có khoảng gin 500 giếngkhoan khai thác nước dé phục vụ cấp nước cho các cơ quan, nhà máy, xí nghiệp,

với tông lưu lượng khai thác khoảng 152.000 mỶ/ngày đêm Như vậy tông lượng, khai thác nước dưới đất khu vực phía Nam Hà Nội vào khoảng 743.900 m`/ngày

đêm, chưa kể các giếng khai thác dé cắp nước quy mô hộ gia đình

Nằm trong vùng nghiên cứu gồm có các công trình khai thác sau:

- 8 giếng khai thác của cơ sở I (phố Bà Triệu) của công ty cấp nước Hà

"Đông với tổng lưu lượng khai thác là 16.000 mÌ/ngày đêm

~ 4 giếng khai thác cơ sở II (Ba La) của công ty cấp nước Hà Đông với ting lưu lượng khái thác là 7.280 m'ingay đêm (trước đây có 6 giếng khai thác được

giấy phép nhưng có 2 giếng khai thác nằm trong khu giải tỏa của khu đô thịVan Phú ~ Hà Đông nên còn lại 4 giếng khai thác)

- 28 giếng khai thác của 24 cơ quan, nhà máy, xí nghiệp khai thác với tổng

lưu lượng khai thác 8.366 mÌ/ngày đêm.

‘Vj trí, tọa độ, lưu lượng khai thác của từng giếng khai thác nằm trong vùng.

ảnh hưởng được trình bày trong bảng 6.1 dưới day Tông lượng khai thác trong

vùng ảnh hưởng của công trình là 31.646 m/ngảy đêm.

Bảng 3 Bảng tổng hợp vị trí tọa độ các giếng khai thắc nước

trong vùng ảnh hường của công rình khai thác.

HH11|581281|2319118) — 2000 — COPE AP nước Hà Đồng Hà Đông | ap:

H112Ì580742)231969|— 2000 Hi Đông [aps

H24 [579825 |2318319| _ 1820 Hà Đông | gp: Hỏi |579230/2317832| 1820 Hả Đông | ap

Trang 20

G12 |578175|2318314| 60 [Gino thông vin tii H Tây Hà Đông | pi

GIả |5T4697)2317963| 200 [Cay Lién doanh vit iu st WAY | Hà Đông | api Gia [5x2439]2317958| 60 [Tra tam glam CA Ha Tay Hà Đông | qpị

Gis |579420)23IS895]— 60 [CTy May ko NN HàTúy Tả Đông | api Gi6 | 579882) 2320297] — 350 chi Holi Đức | api

GI7 [7s [2320279] 120 Hồi Đức | gps

Gis |5795I9)2319893|— 1440 NM Len Fd Đồng Hà Đông | qp: G19 |5Ta587Ì23I9046| 200 |, mae Hà Đông | api

G20 |578514|2319037| 200 (Công ty thực Phẩm Hà Tây Hà Đông | api

G21 |57869|23I6062| l6 [Trvdng TH Kin € ti chinh — | Thanh Oai_| gp

577769|2316253] 300 (CD thuật Thuong mai Thành Oái | qpi

G23 [578183)2316576] 150 _(CTy tice bi phu ting Thanh Oat [api

G24 [s7a493)2317031| 30 TTGiốnggiaaie Thanh Oat | diG35 |5ã3070)23175T6]— 1100 [CTCP son, tin lop [than ta [gp

G36 |581030)2317673| 60 CTCP Giấy Tre Bach Thanh TH áp:

G27 |579970)2315228| 150 Cay Vidameo Thanh Tì | ps (62x [579424]2320734] 360 THọcviệnAnainh “hanh Xuân | gpi

Trang 21

< coping tone: ‘

CAC PHƯƠNG PHÁP DANH GIA TRU LƯỢNG NƯỚC DƯỚI DAT Đánh giá trữ lượng khai thác nước dưới đất được tiến hành bằng các

phương pháp sau đây:

~ Phương pháp thủy động lực, trong đó gồm phương pháp giải tích và mô.hình.

- Phương pháp thuỷ lực;

~ Phương pháp cân bằng;

- Phương pháp tương tự địa c

“Thực tế, tuỳ theo điều kiện tự nhiên, điều kiện địa chất, địa chất thủy văn

vùng nghiên cứu mã người ta có thể sử dung đơn độc hoặc tổ hợp của một vìphường pháp nêu trên Sau đây chúng tôi xin trình bày một số nét tổng quan củacác phương pháp đánh giá trữ lượng khai thác của nước dưới đất

thuỷ van,

2.1 Phương pháp pháp thủy động lực

2 Khái quát về phương pháp thủy động lực

Đánh giá trữ lượng khai thác nước dưới đất bằng phương pháp thuỷ động

lực là tính toán công trình khai thác nước trong những điều kiện ban đầu và điềukiện biên nhất định với các thông số của các ting chứa nước trong phạm vi miễn

thâm nghiên cứu Phương pháp thuỷ động lực có thé chia ra làm hai phương

pháp giải tích va phương pháp mô hình Phương pháp mô hình bao gồm phươngpháp mô hình tương tự (tương tự điện hoặc tương tự thuỷ lực), mô hình sô

‘Trinh tự đánh giá trữ lượng khai thác nước dưới dat bằng phương pháp.

thuy động lực được thực hiện theo các bước sau:

- Xác định điều kiện sae thuỷ văn và các nguồn chủ yếu hình thành trữ

lượng khai thie nước dưới bước này cần phải tiến hành thành

ih toán.

~ Thành lập sơ đỏ

- Chọn phương pháp tính và công thức tính

~ Tiến hành tính toán công trình lấy nước.

“Tiến hành dự báo thời gian dịch chuyển của các loại nước không đạt tiêuchuẩn đến công trình lấy nước

Dựa vào các kết quả tìm kiếm, nghiên cứu nước dưới đất đã được tiến hành, làm rõ cấu tạo địa chất diện tích nghiên cứu, điều kiện thế nằm và sự phân

bố các tang chứa nước, các lớp thắm nước yếu và cách nước, các nguồn hình

thành trừ lượng khai thác nước đưới dat, các thông số địa chất thuỷ văn và quy

Trang 22

luật thay đổi của chúng trên bình đỗ và mặt cắt quy luật thay đổi chất lượng

nước dưới đắt, đánh giá mức độ chính xác việc xác định các nguồn hình thànhtrữ lượng khai thắc nước dưới đắt chủ yêu và các thông số địa chất thuỷ văn

Sơ đồ địa chất thuỷ văn thể hiện cấu tạo địa chất miền thắm và lưu vực thu.

nước của dòng chảy trên mặt, các điều kiện trên biên giới của diện tích nghiên

cứu, quy luật thay đổi các thông số thấm và chứa của các lớp chứa nước, thắm

nước yếu

“Trên mặt cắt địa chất thuỷ văn phải thé

các lớp ngăn cách, hình dang các ranh giới miễn thắm trên bình dé có liên quan

với sự thay đổi thành phan thạch học, sự vat nhọn của các ting chứa nước, cácđới phá huỷ kiến tạo, sự tiếp xúc giữa các tang chứa nước với các khối mặt nước

và

Sơ đồ tính toán được thành lập trên cơ sở phân tích các bản đỏ hoặc sơ đỗ

nêu trên có chú ý đến những nhân tổ chủ yêu quyết định quy luật hình thành trữlượng khai thác nước dưới đất và độ tin cậy của chúng trên cơ sở thực tế Đồngthời dé đánh giá độ chính xác của một mỏ nào đó, có thé thành lập một số sơ đỏtính toán đặc trưng cho những nhận định khác nhau vẻ nguồn hình thành trữ

lượng,

tính toá

Khi tiến hành sơ đồ hoá điều kiện tự nhiên sang sơ đồ

tới các yêu tế sau đây:

- Điều kiện trên các biên giới của tng chứa nước

ng khai thắc nước dưới đất bằng phương pháp giải tích

it thuy văn tương đổi đơn giản (tính chứa và

„ng nh biên giới của ting chứa nước là đường thing, điều kiện trên biên giới rõ rằng) bạc trường hợp này phượng pháp giải tích

hoàn toàn đảm bảo độ chỉnh xác đi

như thể thường đặc trưng cho các

những tram tích bở rời thuộc các bồn actézi kiểu miễn nền, một số nón phóngvật, các thung lũng sông có mỗi quan hệ mật thiết giữa nước mặt và nước dướiđất

Trong những điều kiện địa chất thuỷ văn phức tạp do sự không đồng nhất

về tính thấm, do hình đáng phức tap của các biên giới do sự thay doi theo thời gian các nguồn hình thành trừ lượng nước dưới đất, do sự có mặt của một số

tang chứa nước có quan hệ thuỷ lực với nhau, thì phương pháp mô hình số tỏ ra

là tôi ưu.

Đánh giá trữ

Trang 23

Phương pháp giải tích đánh giá trừ lượng khai thác nước dưới đất là sử

dung lời giải giải tích của phương trình vi phân vận động của nước dưới đấttrong những điều kiện ban đầu vàđiều kiện biên nhất định đặc trưng cho từng

Ser - Trị số hạ thấp mực nước khi khai thác;

rit lượng khai thác nước dưới đắt (lưu lượng từ công trình khaithác);

Re - Sức cản thắm (thuỷ lực), xác định tương ứng với sơ đồ tinh toán khác

nhau;

K- Hệ số thắm;

m - Chiều day tang chứa nước có áp.

Công thức trên có thé áp dụng cho tầng chứa nước không áp, đồng nhất,

phân bồ vô hạn néu hạ thấp mực nước đến cuối thời gian tính toán chưa vượtqué 20% chiều day của ting chứa nước Trường hợp ngược lại, công thức tính

toán cho ting chứa nước không áp có thẻ nhận được bằng cách thay giá tri theo

công thức;

2mS,,=(2H~ Su.)Su, (22)

Trong đó:

= Độ hạ thắp mực nước trong Ling chứa nước có á

Su - Độ hạ thấp mục nước trong ting chứa nước không ấp:

m, H- Chiều day tang chứa nước c‹ không áp

Khi sơ đồ khai thác gồm nhiều lỗ khoan hoạt động đồng thời, thì khi đánhgiá trữ lượng khai thác nước dưới đắt bằng phương pháp giải tích cần chú ý dé

sự ảnh hưởng can nhiễu của các lỗ khoan Công thức tổng quát dé xác định mực

nước hạ thấp tại 1 giếng khoan là

Trong đó:

~ Tổng mực nước hạ thấp tại lỗ khoan;

Trang 24

- Độ hạ thấp mực nước trong lỗ khoan khi nó làm việc đơn độc;

AS, - Độ hạ thấp mực nước bổ sung do các lỗ khoan can nhiễu gay ra.

Các công thức trên là các công thức tính toán xác định hạ thấp mực nước

trong trường hợp ting chứa nước là déng nhất, phân bố vô hạn Trong thực tế, khi đánh giá trữ lượng tang chứa nước thường là không đồng nhất và có các điều.

biên giới phức tạp Đối với các trường hợp này người ta thường tiền hành

đổi dé đưa về trường hợp tang chứa nước đông nhất, vô hạn.

Khi ting chứa nước không đồng nhất, chúng c‹

số nha nước có quy luật hoặc không có quy luật

hợp đồng nhất người ta thường tién hành trung bình hoá các thông số trên

Đối với trường hợp tang chứa nước được ngăn cách bởi biên người ta

thường sử dụng "phép chiếu” qua biên và đưa vào sơ đỏ tinh toán các lỗ khoan

“jo” rồi sau đó tiến hành tính toán cho trường hợp tng phân bổ vô hạn

2.1.3 Phương pháp mô hình

thay đổi chiều day, hệ

Phương pháp mô hình được xem là một phương pháp nhận thức khoa học

tế giới khách quan trong đã được ứng dụng nhiều trong các ngành khoa học

và ứng dụng hiệu quả trong thực tế, Phương pháp mô hình được ứng dụng rộng

rãi trong nghiên cứu địa chất thuỷ văn để giải quyết những nhiệm vụ cy thé

trong nghiên cứu địa chất (huỷ văn khu vực, trong công „thấm dòcũng như nghiên cứu lý thuyết ứng dụng cho các mục đích khác Nó được ứngdụng để nghiên cứu quá

nhiệt độ trong nước nước Với khái niệ

ánh thực tế tên tại bằng phương pháp nào đó dé nghiên cứu quy luật khách quanvốn có của nó,

Phương pháp mô hình có nhiều ưu điểm, đặc biệt là thay vì nghiên cứu các

quá trình, hiện tượng của đối tượng trong tự nhiên người ta chỉ cần nghiên cứucác quá trình, hiện tượng xảy ra trên mô hình Hiện nay có khá nhiều mô hình

động học nước dưới đất Chúng bao gồm các mô hình tỷ lệ vật lý, mô hìnhtương tự và mô hình toán Bản chất của chúng tương đối khác nhau:

~ Mô hình tỷ lệ vật lý được làm bằng các chất liệu tương đương với đốitượng nghiên cứu nhưng thường có kích thước nhỏ hơn rất nhiều so với đốitượng Ví dụ khi nghiên cứu quá trình thắm, quá trình lan truyền vật chất trongmôi trường nước dưới đất người ta thường xây dựng các mô hình thấm là cácbon chứa vật liệu thắm tương đương với môi trường tự nhiên (cát sỏi, bột ) sau

đó tiễn hành quan sát các hiện tượng thấm và lan truyền vật chất xảy ra trên mô

hình thấm

~ Mô hình tương tự là sự mô phỏng sự tương tự.

tượng nghiên cứu và đối tượng mô hình hoá Quá trình thị

các phương trình vật lý tương tự như quá trình truyền nhiệt, truyền điện Bởi vậy

thay bằng nghiên cứu các quá trình xảy ra trong môi trường nước dưới đất người

Trang 25

ta tiến hành nghiên cứu các quá trình truyền điện, truyền nhiệt trên các đối tượng

mô hình hoá tương đương với đổi tượng nghiên cứu Phương pháp mô hìnhtương tự được sử dụng khá rộng rãi trong nghiên cứu địa chất thuỷ văn những

năm 60 — 70, Ví dụ như mồ hình giấy dẫn điện, mô hình điện và mô hình điện 6

mạng Mô hình điện (Anderson, 1972; Spieker, 1968) được làm bằng các điệntrở theo tỷ lệ dé bieu thị cơ cầu các ting chứa nước, còn tụ điện được mô phòng,cho độ trữ nước Cường độ ding điện trong ampe kế của mô hình biểu thị lưulượng dòng thắm Điện thé trong mô hình biểu thị mực nước, còn thé tích nước

trong mô hình được thé hiện bằng tông lượng điện tích Điện trở tỷ lệ nghịch với

hệ số thắm của tng chứa nước trong khi điện dung điện mạng lưới tỷ lệ với độchứa nước Các số do cường độ dòng điện và hiệu điện thé trong mạng thể hiệnlưu lượng và mực nước trong các ting chứa nước Các mô hình điện tương tự cthé mô phỏng cho dòng chảy hai chiều hoặc ba chiều, đối với dòng ba chiềuđược mô phỏng bằng cách nỗi tiếp một số nhóm nằm ngang với nhau Tuy nhiên

mô hình điện tương tự không mô phỏng được các quá trình phân tán, khuyếch

tấn trong bài toán lan truyền vật chất

- Mô in dựa trên các lời giải cơ bản của dòng nước dưới đất, dong

nhiệt và dong Mô hình toán học đơn giản nhất của dòng mudicđưới đất là định luật dung định luật Đạcxi chúng ta cần có một mô

"hình nhận thức

chứa nước (hệ

dụ của mô hình giải tích chúng ta phải biết điềukiện ban đầu và điều kiện biên của bài toán thắm, Các điều kiện này phải đủ đơngiản để có thé giải trực tiếp phương trình thắm bằng máy tính Các mô hình giảitích có thể được giải nhanh chóng, chính xác và không tốn kém trên các máytính hoặc máy tích phân được lập sẵn chương trình

Mô hình số là một dạng của mô

phương trình vi phân vận động của nước đưới ig phương pháp số Phương

pháp số là phương pháp giải gần đúng các phương trình vi phân bao gồm sai

phân hữu hạn hoặc phan tir hữu hạn Vùng nghiên cứu được rời rac hoá thànhcác “6 lưới” không gian và thời gian, trên mỗi 6 trong một thời điêm các giá trịtham gia vào phương trình lä không đôi Sau đó tiền hành thành lập các phươngtrình liên hệ toán học giữa các 6 lưới Tập hợp các phương trình tạo thành một

hệ phương trình đại số, giải phương trình đại số này cùng với các điều kiện biên,điêu kiện ban đầu chúng ta được nghiệm cần tim

Ngày nay với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ máy tính, tốc độ tính

toánnhanh vượt bậc thì phương pháp mô hình số lại cing được sit dụng rộng rãiNhất là trong các nghiên cứu địa chất thuỷ văn

của chúng là giải

Phương pháp mô hình số có nhiều wu điềm khi sử dụng dé đánh giá trữ

lượng khai thác nước dưới đất

- Sử dụng phương pl mô hình số rất có hiệu quả khi đánh giá trữ lượng.Nghiên cứu Gin giá trờ lượng khai thắc nước đưới đất bằng phương pháp mô hình sẽ

Trang 26

Khai thác nước đưới đắt khu vực trong những vùng có nhiều công trình khai thác

nước đang hoạt động, hoặc xem xét nhiều phương án bổ trí công trình và thayđổi sơ đồ bổ trí công trình khai thé

- Việc áp mô hình số dé đánh giá trữ lượng trong những vùng có công trìnhkhai thác nước đang hoạt động có thể cho phép làm chính xác thêm các điều

kiện biên giới và các thông số địa chat thuỷ văn của các tang chứa nước, bằng cách giải bài toán ngược trên cơ sở tài liệu quan trắc động thai trong điều kiện công trình đang hoạt động Ngoài ra, bằng phương pháp mô hình số có thé đánh giá định lượng các nguôn riêng biệt thành trữ lượng khai thác nước dưới đất

„ Có thể xem xét cho nhiều phương án khai thác khác nhau với các yêu cầu

Đánh giá trữ lượng khai thác nước dưới đất bằng phương pháp thuỷ lực là

xác định lưu lượng tính toán của công trình khai thác nước, hoặc xác định mực

nước trong các lỗ khoan theo tài liệu thực nghiệm nhận được trực tiếp trong quá

trình thí nghiệm hiện trường, có xét đến một cách tổng hợp ảnh hưởng của

những nhân tổ khác nhau có tính chất quyết định chế độ làm việc của các công

trình khai thác nước,

Phương pháp thuỷ lực được áp dung trong các trường hợp sau:

- Đề đánh giá trị số hạ thấp mực nước trong lỗ khoan tương ứng với lưu.

lượng thiết kế có thể dựa vào đường cong lưu lượng được xác lập theo tài liệuthí nghiệm hút nước én định

- Để xác định độ hao hụt mực nước khi tính toán các lỗ khoan cao nhiễu

(cũng trong chế độ vận động ôn định)

- Để xác định trị số hạ thấp mực nước trong lỗ khoan khai thác vào cuối

thời hạn tính toán khi lưu lượng không đôi bằng thực nghiệm dựa vào quy luật

hạ thấp mực nước theo thời gian đã xác định trong công trình khai thác nước.Phương pháp thuỷ lực thường được sử dụng dé đánh giá trữ lượng trongvũng có điều kiện địa chất thuỷ văn phức tạp hoặc vùng có mức độ điều tranghiên cứu sơ lược, chưa xác định chính xác được nguồn cấp, miễn thoát, giá trịcác thông số BCTV và các điều kiện ranh giới của ting chứa nước

Cong thức tổng quát tính toán hạ thấp mực nước tại lỗ khoan đơn bằng

phương pháp thuỷ lực có dạng (2.4):

Sự, =8, +S, (0) (ayTrong di

Trang 27

- Hạ thấp mực nước tính toán trong lỗ khoan ứng với lưu lượng thiết kế

'Qkt vào cuối thời gian khai thác

So - Hạ thấp mực nước xác định theo đường cong lưu lượng với lưu lượng,

cdự kiến vào cuối thời gian hút nước thí nghiệm

ASo(t) - Hạ thấp mực nước bỏ sung khi lỗ khoan làm việc với lưu lượng

khai thác từ cuối thời gian thí nghiệm đến cuỗi thời gian khai thá

Dé xác định So can tiền hành hút nước thí nghiệm ồn định với tôi thiểu với

3 bậc lưu lượng Theo tài liệu hút nước xây dựng đường cong lưu lượngQ={(S) từ đó xác định được trị số hạ thấp mực nước ứng với lưu lượng thiết kếkhai thác đến cuối thời gian khai thác

Đồ thị quan hệ giữa và Q có thé là một trong các dang sau day:

~ Dang đường thẳng (quan hệ Duypuy): Q = q.Š;

- Dạng parabol (quan hệ Keller): = aQ+ bị

- Dang hàm mũ (quan hệ Smoreber): ¬"=

(a)

- Dang ham logarit (quan hệ Altovski): Q = a + blg(S);

ASo(t) có thể được xác định theo phương pháp của N.N.Bideman hoặc

phương pháp đồ giải Theo phương pháp của N.N.Bideman thì ASu( được xácđịnh theo công thức (2.5)

AS,(0, _¬ $,~§,) ThKT TÍN sie 25)

Trong di

Quer, Q6 - Lưu lượng thiết kế khai thác và lưu lượng thí nghiệm.

§, - Hạ thấp mực nước tại lỗ khoan đến thời điểm t, tính từ thời did đầu hút nước,

Sp - Hạ thấp mực nước tại cuối thời điểm thí nghiệm ty

txr - Thời gian khai thác.

Công thức trên được áp dụng để tính toán trong các lỗ khoan hút nước

trong lớp chứa nước vô hạn, bán vô hạn, hữu hạn, v.v ở trang thái gần ôn định(khi trị số hạ thấp mực nước và thời gian có mồi quan hệ logarit

Xác định ASo(t) bằng phương pháp đồ giải có thé dựa vào các mi quan hệ

thực nghiệm giữa tri số hạ thấp mực nước theo thời gian Tuy thuộc vào

kiện ranh giới xuất hiện khi hút nước, mối quan hệ § = f(t) có thé là một trong

các công thức (2.6, 2.7, 2.8)

Trang 28

+bt en

+bvt (2.8) Trong đó: a, b là những hing sé:

Xác định được quan hệ § = f(Q sẽ ngoại suy trị số hạ thấp mực nước.

ASo'(t) theo thời gian từ thời điểm kết thúc hút nước đến cuối thời gian tính toánvới lưu lượng thí nghiệm Sau đó xác định ASu(t) theo công thức (2.9)

s(t) = KT As:

AS, () = 28 Asien, 2.9)0 29)Trong đó:

AS,'() - Trị số hạ thấp mực nước bổ sung khi giếng khoan làm việc với lưu

lượng bang lưu lượng thí nghiệm Qo từ cuối thời gian thí nghiệm đến cuối thời

gian khai thác

Trong trường hợp nhóm lỗ khoan khai thác đồng thời, công thức tổng quát

để xác định trị số hạ thấp mực nước theo phương pháp thuỷ lực là

Trong đó:

Sq’ - Hạ thấp mực nước tính toán tại lỗ khoan nào đó

khai thác ứng với lưu lượng khai thác khi làm việc đơn độc

cuối thời gian

AS, - T số hao hụt mục nước tong lỗ khoan tính toán do sự tương tắc của

lỗ khoan thứ ¡ vào cuối thời gian thí nghiệm với lưu lượng thiết ké Q.xr:

AS\(t) - Trị số hao hụt mực nước trong lỗ khoan tính toán do sự tương tác

của lỗ khoan thứ ¡ cuối thời gian khai thác với lưu lượng thiết kế Q xr;

"Nhờ ngoại suy tuyển tính, giá trị AS, xác định theo công thức

AS,’ - Giá trị hao hụt mực nước trong lỗ khoan tinh toán do các lỗ khoan

trong công trình gây ra;

Khi thay đổi khoảng cách r từ lỗ khoan tính toán đến lỗ khoan tương tác giá

trị hao hụt mực nước AS,” được tinh theo đồ thị AS = f (Inr) xây dựng theo tàiliệu hút nước thí nghiệm với mỗi lỗ khoan thí nghiệm;

Trang 29

Giá trị AS\(t) được xác định theo công thức của N.N Bideman tương tự.

như công thức (2.12) xác định đối với lỗ khoan đơn:

(qs, — 9s, tt Ita 2

Inty —lnt, eR)

Trong dé:

AS) - Giá tr hao hụt mực nước trong lỗ khoan tính toán quan trắc được khi

hút nước thí nghiệm với lưu lượng Q, từ lỗ khoan lỗ khoan tương tác thứ i ở thời

điểm tị

AS; - Giá trị hao hụt mực nước trong lỗ khoan tính toán quan trắc được khi

hút nước thí nghiệm với lưu lượng Q, từ lỗ khoan lỗ khoan tương tắc thứ ¡ ở thời

điểm bị

Giá trị AS,(1) cũng có thé xác định bằng phương pháp đồ giải giống như

trong trường hợp xác định với lỗ khoan đơn

Khi tiến hành hút nước đồng bộ khai thác ~ thí nghiệm tại tắt cả các lỗ

'hoan trong hệ thống khai thác Lưu lượng thí nghiệm bằng lưu lượng khai thác,lúc này công thức tính toán hạ thấp mực nước (2.13)

2.3.Phương pháp cân bing

Đánh giá trữ lượng khai thác bằng phương pháp cân bằng là xác định lưu

lượng của nước dưới đất có thé nhận được nhờ các công trình khái thác trongphạm vi một vùng nảo đó trong một thời hạn khai thác nhất định bằng cách thu

hút nước từ một số nguồn hình thành trữ lượng Khi đó, mỗi nguồn hình thành

trữ lượng được đánh giá bằng các công thức khác nhau một cách riêng biệt rồicông các kết quả nhận được

Khi áp dụng phương pháp cân bằng, người ta nghiên cứu cân bằng của một

khu (vùng, điện tích) nói chung theo lượng nước chảy đến và thoát đi trên các

ranh giới của khu đó, Vì vậy, phương pháp cân bằng chỉ cho phép xác định ti số

ha thấp mực nước trung bình của ting khai thác chứ không xác định được trị số

hạ thấp mực nước trong các lỗ khoan Phương pháp cân bằng cũng không thẻ

xác định lưu lượng có thé khai thác được của từng lỗ khoan Điều đó cho thấyphương pháp cân bằng chỉ nên sử dụng kết hợp với phương pháp thuỷ động lực

Trang 30

'Ngược lại chỉ nhờ phương pháp cân bằng mới có thể xác định được vai tròcủa từng nguồn hình thành trữ lượng khai thác nước đưới đất, và mới có thẻđánh giá được mức độ đảm bảo trữ lượng Vì vậy phương pháp cân bằng được

sử dụng kết hợp với các phương pháp khác dé đánh giá trữ lượng khai thác là rất

có hiệu quả

Phương pháp cân bằng được sử dụng đội đánh giá trữ lượng khaithác nước dưới dat trong các cấu trúc nhỏ hữu han có các tang chứa nước với hệ

nước lớn Trong những cấu trúc đó, khi khai thác, hình phéu hạ thấp lan

nhanh chồng trên toàn bộ diện tích và sự khác nhau giữa mực nước ở

trung tâm và ria diện tích nghiên cứu la không đáng ké

Phuong pháp cân bằng thường được sử dụng dé đánh giá lưu lượng mạchnước Khi đó, đánh giá trữ lượng khai thác bao gồm việc xác định sự thay đổilưu lượng các mạch nước theo thời gian trên cơ sở tài liệu quan trắc động tháilưu lượng mạch nước Trong trường hợp thời gian quan trắc ngắn, dé dự đoán có

thể sử dụng số liệu của các mạch nước tương tự đã được quan trắc đài hơn, hoặc

theo lượng mưa khi đã xác lập được mỗi tương quan giữa lưu lượng của mạchnước nghiên cứu với lưu lượng của mạch nước tương tự, hoặc với lượng mưa

Dé làm điều đó nên sử dung phương pháp tương quan đôi một và nhiều yếu t6với nhau mã đã được áp dụng rộng rai khi dự đoán động thái tự nhiên cũa nước.dưới đất

Nếu như phương pháp cân bằng chỉ có ý nghĩa phụ trợ khi đánh giá trữ

lượng khai thác nước dưới đất của những khu riêng biệt (cục bộ) thi vai trò củ

nó tăng lên rất nhiều khi đánh giá khu vực trữ lượng khai thác nước dưới dit,đặc biệt là khi các công trình khai thác nước được bó trí theo diện tích,

2.4.Phương pháp tương tự địa chất thuỷ văn

Do tính phức tạp về điều kiện địa chất thuy văn và khả năng thực tế khôngthể đánh giá định lượng các nguồn hình

trong nhiều trường hợp người ta áp dụng phương pháp tương tự địa cl

văn trên cơ sở dựa vào những tài liệu về ché độ khai thác nước đưới đắt ở nhữngkhu có công trình khai thác đang hoạt động áp dụng cho những khu nghiên cứu

có điều kiện tương tự

Phuong pháp tương tự địa chất thuỷ văn có thể được sử dung

- Để đánh giá trữ lượng khai thác nước dưới đắt theo thông số tổng hợp đặc

trưng cho toàn bộ quá trình hình thành trữ lượng Thông số có thé là mô đun trữ

lượng khai thác được xác định theo tài liệu của các công trình lấy nước tương tự

dang hoạt động,

- Để xác định

liệu thăm đò (hệ số nha nude trọng lực của đất đá nứt né, hệ

lớp thấm nước yếu ngăn cách)

Trang 31

- Để điều chỉnh và chọn sơ đỗ tính toán.

Để dánh giá trữ lượng khai thác bằng phương pháp tương tự thì vấn đểquan trong bị là điều kiện địa chất thuỷ văn và các nguồn hình thành trữlượng khai thác nước dưới đất trên diện tích nghiên cứu và diện tích chuẩn phải

giếng nhau.

Khả năng sử dụng phương pháp tương tự được quyết định bởi sự có mặt

của mỏ nước đã khai thác (khu chuân) Dé luận chứng cho khả năng tương tự

giữa khu chuẩn và khu nghiên cứu cần phải so a

inh điều kiện hình thành trữ lượng khai thác nước dưới đất và giá trị của chúng,

(điều kiện thé nằm của ting chứa nước, các điều kiện biên, thành phan của đáchứa nước, điều kiện cung cấp, khả năng sử dụng các thành phan trữ lượng, tínhchất và thành phần trằm tích của lớp phủ)

Sự tương tự có các biểu hiện ở tắt cả các mặt hoặc từng phần Khi có sự tương tự trên tắt cả các mặt thì mức độ giống nhau về điều kiện địa chất thuỷ văn của khu chuẩn và khu nghiên cứu phải được xác định đối với tắt cả các yếu

tố chủ yếu quyết định trữ lượng khai thác nước dưới đất trong điều kiện tự nhiên

nhất định Còn khi tương tự từng phần thì chỉ xem xét theo một số yếu tế

trên,

“Trong thực tế, khi đánh giá trữ lượng khai thác người ta thường sử dụng ki

hợp các phương pháp với nhau làm tăng độ tin cậy của kết quả tinh toán, đồngthời lợi dụng những mặt wu điểm của phương pháp bỏ sung cho những mat hanchế của phương pháp kia Các phương pháp kết hợp thường được sử dụng làthuỷ động lực -thuỷ lực; thuỷ lực - cân bảng; thuỷ động lực - cân bằng, hoặc tỏhợp 4 phương pháp

Trang 32

Chương 3 l

SỬ DỤNG PHAN MEM VISUAL MODFLOW TÍNH TOÁN

CAN BANG NƯỚC VÀ DỰ BAO MUC NƯỚC HẠ THÁP

3.1 Giới thiệu Visual Modflow

3.1.1 Giới thiệu chung

Modflow là mô hình mô phỏng trạng thái chuyển động và cân bằng nước

phổ biến nhất hiện nay, được sử dụng bởi hàng ngàn tổ chức và cơ quan, áp

dung trên 90 quốc gia và đang chứng tỏ là một trong những mô hình hiệu quả

nhất hiện nay Bộ phần mềm Visual MODFLOW gồm 3 phần mém chính và

nhiều module phụ trợ Phản mém Modflow dùng dé tính toán trữ lượng, chấtlượng và phân bố dong chảy ngằm Phần mềm Modpath có chức năng tínhhướng và tốc độ các đường dòng khi nó vận động xuyên qua hệ thống các lớpchứa nước Phin mềm MT3D phối hợp với Modflow có chức năng tinh toán quátrình khuếch tán và vận chuyên cùng các phản ứng hóa học khác nhau của các

vật chất hòa tan trong hệ thông dòng chảy ngằm Phiên bản gốc do các tác giả

Nilson Guiguer, Thomas Franz, Partrick Delaney và Serguei Shmakov xây dung

và các phiên bản thương mại do hãng Waterloo Hydrogeologic Software

(Canada) phát hành

3.1.2 Tính năng của phần mềm.

‘Visual Modflow bao gồm nhiều công cụ mạnh, giao diện đồ họa cho phép:

- Dễ đàng thiết đặt các đặc tính mô hình và điều kiện biên

- Chạy các mô hình tương tự cho dong chảy và vận chuy

~ Kiểm tra mô hình bằng tay hoặc tự động.

chất 6 nhiểm.

- Đánh giá và điều chnh lại lưu lượng bơm của giếng và khu vực.

~ Kết qua hiển thị đưới dang 2D hoặc 3D.

Các đặc tính mới của VM 4.2:Có thêm gói phần mềm MIKE 11 (dùng chotình có sông, hồ chứa, kênh )

phân đạo hàm riêng bao gồm sai phân hữu hạn hoặc phan tử hữu han Vấn đề này đã được Trescott để cập lần đầu tiên vào năm 1975, sau đó tiếp tục được

phát triển thành chương trình máy tính bởi Trescott, Pider và Larson năm 1976

KẾ thừa những kết quả nghiên cứu này nhóm nghiên cứu gồm có Arlen

Trang 33

W-Harbaugh va Michael G.McDonald phát triển thành chương trình hoàn thisọi là MODFLOW-96 mô phỏng dong chảy 3 chiều trong môi trường nước đướiđất (Modular Finite Difference Groundwater Flow Model) vào năm 1996 vàchúng còn tiếp tục được hoàn thiện vào năm 2000 với phiên bản MODFLOW-

2000 Đến nay hầu hết các phần mềm thương mại về mô hình nước dưới đắt trên

thế giới đều sử dụng chương trình MODFLOW làm nòng cốt Bản chất của

phương pháp mô hình số là giải phương trình vi phân đạo hàm riêng vận động

của nước đưới đất trong không gian 3 chiều bằng phương pháp sai phân hữu hạn

„ Phương trình vi phân vận động của nước dưới đất trong không gian bachiểu được thể hiện như sau:

h- Cao độ mực nước tại vị trí (x,

W là mô dun dong ngắm, hay là các giá trị bỗ cập, giá tri thoát đi của nước

nt, W = W,,„„o là ham số phụ thuộc thờiZ) ở thoi điểm t

Trong đó: K va Ss là hàm số phụ thuộc vào vị trí không gian (x,y,z).

Để giải phương trình (3.1)

điều kiện biên và điều ki ban đầu Sự biến động của giá trị h theo thời gian sẽin phải tim hàm số h(xy.z.t), thoả mãn các

if lính toán định lượng phục vụ

cho các mục đích khác nhau như: đánh giá trữ lượng, nghiên cứu cân bằng

Phương trình (3.1) là phương trình vi phân phi tuyển nên việc tìm ra hàm

(x,y,z từ phương trình (3.1) thường rat kh trường hợp.

đặc biệt đơn giản mới có thể giải giải tích cho phương trình, Do vậy

đó người ta buộc phải giải bằng phương pháp gần đúng Một trong các phươngpháp giải gần đúng ở đây được áp dung cho bai toán này là phương pháp saiphân hữu hạn

3.2.2 Phương pháp sai phân hữu han

Phương pháp sai phân hữu hạn thay vì tìm lời giải cho hàm liên tụch(x.y¿.0), người ta chia nhỏ không gian thành các 6 lưới (phần tử), va chia nhỏbước thời gian tính toán Ở mỗi phần tử trong một bước thời gian các giá trịtham gia vào phương trình được coi là đồng nhất tại mỗi thời điểm trong 6 lướingười ta coi cả thông lẻ không thay đổi Thiết lập cân bằng nước cho từng 6 lướisai phân và kết hợp chúng lại tạo thành một hệ phương trình đại số tuyển tính

Trang 34

hệ phương trình đại ta sẽ tim được nghiệm là hàm h(x,

Hình 3 mô tả quá trình rời rạc hoá không gian, vùng nghiên cứu được phân

chia theo chiều thing đứng z thành các lớp chứa nước, thắm nước kém Mỗi lớp

chứa nước lại được chia thành các ô nhỏ hon Vùng hoạt động của nước ngằm

trong mỗi ting chứa nước sẽ được đánh dấu "hoạt động”, ở đó mực nước biến

thiên và nó sẽ tham gia vào tính toán trong phương trình Những ô thuộc vùng

không chứa nước hoặc nước không thể thâm qua, hoặc 6 ngoài miễn tính toán

được thì được đánh dâu là "không hoạt động”

An

‘Ary Chita xine

‘Ac Chatuy cia hing ttt

‘Avy ChiếnzciatngUdk

Hình 3 Sơ đồ rồi rge hoá không gian trong mô hình

Hệ phương trình sai phân nhận được từ phương trình (3.1) được thành lậptrên cơ sở các qui tắc cân bằng: Tủng tất cả dong chảy vào và chảy ra từ một ôphải bằng sự thay đổi thẻ tích mước có trong ô Giả thiết rằng mật độ của nước,môi trường chứa nước không đổi thì cân bing đòng chảy cho một ô được thẻhiện bằng phương trình sau:

Ah

May 3.2)x 2)

'Q;- Lượng nước chảy vào 6 (nếu chảy ra thi Q lấy giá trị âm);

Ss - Giá trị của hệ số nhà nước, nó chính là giá trị Ss(x,y.2);

Trang 35

AV - Thể tích 6;

Ah là giá trị biến thiên của h trong thời gian At tại 6 lưới đang xét

Hình 4 mô tả cho một 6 lưới (¡j,k) và 6 6 bên cạnh: (¡-1.jk), (i+1.j,k), CieLk), (ij+1.K), (jk-D, (j.k+1), Dong chảy từ 6 (j,k) sang các ô bên cạnh (ở

đây ngắm định nêu dòng chảy vào ô mang dau đương, ngược lại ra khỏi 6 mang

dấu am),

ZL 4

"1

Hình4 Ôlướ ijk Và 6 6 xung quanh

Theo định luật Darcy, lượng nước q,, ¡a¿ chảy từ ô (ij-1,k) sang 6 (j,k) sẽtính được theo phương trình sau:

ích nước chảy qua mặt tiếp giáp git

thấm dọc theo dong chảy giữa các nút lưới (i,j,k) và

tích bể mặt vuông góc với phương dong chảy.

Ayn là khoảng cách giữa các nút lưới (i,k) và (ij)

Tương tự ta có các phương trình cân bằng tính cho các nút lưới lân cận

khác Dòng chảy chảy qua giữa các nút lưới (4k) và (#1 K) sẽ là:

(jaa Bie)

Gi jet 2k = KR, 1/2 AGAVE Hk aa GBA)

Fe

Dong chảy chảy qua các nút lưới (i,j,k) và G1 ,K) sẽ là

Trang 36

".Ắ 4s

iazajk = KE12,jAj AV Aeiua (3.5)

và từ nút lưới (i-1 j,k) vào (i,j,k) là:

CRụjiay=KR, v2,AciAvMAr, 2 639)Trong đó:

CR,¡,;¿: là sức cán thấm trong hàng thứ i, lớp k giữa các nút lưới (1J-l.k)

aijan biểu diễn dòng chay từ nguồn thứ n vào trong nút lưới (i,k)

Fh mực nước của nút (i,j,k)

Pika + dux là các hệ số có thứ nguyên (L’t') và (L’t') tương ứng của

Mua Hija + Fisk 3.16)

Trang 37

phương trình.

Sau đây, chúng ta sẽ mô tả một số điều kiện biên có thé được viết dưới

đạng tông quát như trên: Giả sử có một 6 lưới nhận được cung cấp từ hai nguồn

16 khoan và sông Đối với nguồn cấp thứ nhất (n=I) là từ lỗ khoan, lưu lượng dong chảy từ lỗ khoan thường độc lập với mực nước lúc đó hệ số p,,„, =0 và

quà, là lưu lượng của lỗ khoan Lúc này, phương trình (3.16)được viết:

yar = ust G1) Đối với nguồn cấp thứ hai (n=2), giả sử rằng môi quan hệ giữa tang chứa.

nước và sông thông qua một giá trị sức cản thắm day lòng Như vậy, lưu lượngdong thẩm giữa sông và nút lưới (i,k) sẽ tỷ lệ với mực nước của 6 lưới và mựcnước trong sông, hay là:

tuj‡a =-CRIV jiahiys + CRTV,jj2Rjj B19)

'Như vậy thành phần thứ nhất của về phải chính là p,j.2 và thành phần thir

"hai chính 18 qj) trong phương trình (3.16)

Một cách tổng quát nếu có N nguồn cấp vào trong 6 lưới, lưu lượng tổng là

QS: jth

Sin = Palisa + Qu 420)

“Trong đó:

Đụ, =Spi xạ 3 Qik =Ÿquv» G21)

Thay các phương trình từ (3.10) đến (3.15) và phương trình (3.20vàophương trình (3.2) ta có:

ER yaad sachin MtCR jaas(hy raha CC aja yar

yw#CCriayalPissjerFijad

A¥CVi jen MijacrhijwtCV jarrah asia) Py ahi

I+Qij1S3,,3(Ar,AcjAvy)Ahj/At (3.21)

Sai phân gid tri /At ta có:

Ah, ik hia SAN

3

MO Jy ba tnt en)Trong đó

Trang 38

tev tạ: thời điểm m và m-1

yj” và bye" là giá trị mực nước của 6 (i,j,k) tại thời điểm m và (m-1).

‘Thay phương trình (3.22) vào (3.21) từ bước thời gian t„ ¿ đến ty ta có:

CR.ja2(h,jáchi¡š)+CR¡ j2 jer š=h,jš)+ÈCC,á2jx(ị gir

hịyy)+CC¡sva,x(Ri.1j=hjx) + CV,jxa(h, 4 šehịjx)+CV, jaero(Baj vi

hụy)£Pijchijxi+Qijk= Ssjk(Ar,AeiAve)(ijx”shije”) /(ạ cu»)

(3.23)

Phương trình trên sẽ được viết cho tit cả các 6 có mực nước thay đổi theo

thời gian Như vậy, ta sẽ lập được một hệ phương trình có số phương trinh bằnglưới Giải hệ phương trình này với điều kiện ban đầu biết trước mực nước

tại thời điểm tụ, là hy” ta sẽ xác định được mực nước h,,,” Cứ lần lượt

như vậy, ta có thé xác định được mực nước cho bắt kỳ thời điểm nào

Hệ phương trình trên được giải bằng phương pháp lặp, người ta tiến hành

chia nhỏ khoảng thời gian (L„ t„) kết qua nhận được là lời giải gần đúng của hệphương trình Khi thời gian tăng lên thì h sẽ thay đôi Khi h đạt được sự ôn định(chênh lệch h tính được giữa 2 thời điểm kế cận nhan nhỏ hơn một giá trị chophép) thì mực nước đạt được sự cân bằng động và tại đây kết thúc một bước tính

toán Đề phương pháp lặp hội tụ, người ta chọn bước thời gian tăng theo cấp số nhân, khi đó thừa số I/(ty.1 - tạ) sẽ tiền nhanh tới 0 do đó các tông có liên quan

én thửa số này hội tụ Có thé hình dung cách giải hệ phương trình bằng phươngpháp lap như sơ đỏ hình 1.3

“Trong thực tế, không cần thiết phải viết phương trình (3.23) cho tắt cả các 6lưới mà tại những 6 lưới có thé thiết lập các điều kiện biên Có 3 loại điều kiệnbiên gồm:

- Điều kiện biên loại I là điều kiện biên mực nước được xác định trước (còn

sọi là điều kiện biên Dirichlet) Đó là ô mà mực nước được xác định trước và

giá trị này không đổi trong suốt bước thời gian tính toán.

- Điều kiện biên loại II là điều kiện biên dong chảy được xác định trước

(còn gọi là điều kiện biên Neumann), Đó là các 6 ma lưu lượng dong chảy quabiên được xác định trước trong suốt bước thời gian tính toán Trường hợp không

có dong chảy thi lưu lượng được xác định bằng không

~ Điều kiện biên loại II] là điều kiện biên lưu lượng trên biên phụ thuộc vào.

mực nước (còn gọi là điều kiện biên Cauchy hoặc biến hỗn hợp) Có một vài

dạng biên loại ILI này như sau:

‘Tuy thuộc vào biên trong thực tế là sông, suối, barie đá cách nước, lượng,

bổ cập, bốc hơi nước ngim, lỗ khoan hút nước mà người ta mô phỏng trên mô

nh là biên loại I, loại II hoặc loại II

Trang 39

ngược Bài toán ngược chỉnh lý mô hình gồm bai toán ngược ổn định và bài toán

ngược không ổn định Chat lượng của việc giải bai toán ngược ảnh hưởng trựctiếp đến kết quả của bài toán thuận dự báo,

-+Đánh giá kết quả bài toán ngược

Mục dich của bài toán ngược ôn định là sơ bộ chỉnh lý hệ số thấm và các

điều kiện biên Sau đó dùng kết quả bai toán ngược không ôn định dé chính xáclại điều kiện biên, thông số trên biên và hệ số nha nước

Kết quả giải bai toán ngược cần phải được đánh giá một cách định lượng.

Mức độ tin cây của bai toán ngược được xác định qua sai số mực nước giữa môhình và quan trắc thực tế Mục đích cudi cùng của bài toán chỉnh lý

hóa giá trị sai số Có 3 loại sai số để đánh giá sự sai khác mực nước giữa quantrắc và mô hình là

Sai số trung bình (ME) là sai số trùng

va mực nước mô hình (h,):

ình giữa mực nước quan trắc (thy)

Trang 40

ME = 1n *(hụ -h,) 3.24)

Trong đó:n là số điểm chỉnh lý

Đại lượng này không được sử dụng rộng rãi để đánh giá sai số bởi vì đôi

khi giá tri sai khác mang dầu âm và dương sẽ loại trừ nhau và cuốt cùng vẫn có

thé dat tri số ME cực tiêu

tuyệt đối trung bình (MAE) I

mực nước quan trắc và mực nước mô hình:

trung bình quân phương (RMS) hay là độ lệch chị

á tị trùng bình tuyệt đối giữa hiệu

- Sai

theo công thức:

RMS = [1/n Šh„ - h2) ` (326) Sai số MAE và RMS là chỉ tiêu tốt để đánh giá chất lượng của mô hình.

3.24, Dự báo đánh giá trữ lượng khai thác

“Trong thực tế, mực nước động tại giếng khai thác khi đang bom bao giờ.

cũng lớn hơn mực nước động của ting chứa nước ngay tai vị trí giếng khoan do

xuất hiện "bước nhảy” thủy lực với một khoảng AS Giá trị AS lớn hay nhỏ phụthuộc hoàn toàn vào chất lượng của giếng khai thác (giếng có kết cầu tốt, giếng mới thì giá trị AS nhỏ, ngược lại giếng kết cầu kém hoặc giếng cũ thì giá trị AS

lớn) Khi sử dụng mô hình số đẻ dự báo hạ thấp mực nước tại giếng khai thác thìquả hạ thấp mực nước tính toán trên mô hình đều có sự sai khác thực tế vì

mô hình chưa giải quyết được vin dé "bước nhảy” thủy lực trong giếng Do đó

dé khắc phục điểm hạn chế này của mô hình, khi dự báo hạ thấp mực nước tại

iếng khai thác cho các thời diém trong tương lai chúng tôi lẫy giá trị mực nướcđộng tại giếng trong thời điểm hiện tại cộng với hạ thấp mực nước bổ sung

Điều này được minh họa bằng công thức sau:

Hy =HY +AS, 8.27)

được tính

Trong đó:

Hý: Mực nước động dự báo tại thời điểm t (m)

Hy: Mực nước động của giếng khai thác trong thời điểm hig tại(m)

AS,: Hạ thấp mực nước bổ sung tinh từ thời điểm hiện tại đến thời điểm ttrong tương lai (m),

Khi đó thi giá trị AS, có thé dé dang xác định được khi chạy mô hình số.

3.3 Xây dựng và chỉnh lý mô hình

3.3.1 Mô hình khái niệm

Khu vực nghiên cứu là quận Hà Đông, nằm bên bờ phải sông Nhuệ, dọcNghiên cứu Gin giá trờ lượng khai thắc nước đưới đất bằng phương pháp mô hình sẽ

Định dạng
Số trang	101
Dung lượng	5,56 MB